專利名稱：采用非共沸混合致冷劑的空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用對(duì)大地環(huán)境影響較小的不含氯的致冷劑作工作介質(zhì)的空調(diào)器，特別涉及使用由不少于兩種不含氯的致冷劑混合物組成的工作介質(zhì)的熱泵式空調(diào)器。
在熱泵式空調(diào)器中，在冷卻過(guò)程中，用內(nèi)換熱器作蒸發(fā)器，用外換熱器作冷凝器，而在加熱過(guò)程中，用內(nèi)換熱器作冷凝器，用外換熱器作蒸發(fā)器。
關(guān)于內(nèi)、外換熱器，已使用的有，例如在已審查的日本特許公開No4-45753中公開的十字形片管式換熱器，其中按預(yù)定間隔設(shè)置若干并排聯(lián)結(jié)的散熱片，及多個(gè)垂直伸展直至這些散熱片的傳熱管，這些傳熱管交錯(cuò)排列成為一整體。關(guān)于傳熱管，已廣泛使用如未審查的日本特許公開No4-260792中公開的在內(nèi)表面形成了凹槽的傳熱管。
當(dāng)替換常規(guī)致冷劑HCFC22(氫氯氟碳22的簡(jiǎn)寫)時(shí)，在常規(guī)空調(diào)器中使用一種由不少于兩種無(wú)氯的致冷劑混合物組成的非共沸致冷劑，在獲得相同的平均蒸發(fā)溫度的工作條件下，低沸點(diǎn)致冷介質(zhì)成分首先在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)。因而，致冷劑蒸發(fā)溫度在蒸發(fā)器的進(jìn)口變得最低。這就引來(lái)一個(gè)問(wèn)題，在加熱過(guò)程中，在外換熱器的進(jìn)口部易于局部積霜，以致降低加熱能力。
本發(fā)明之目的在于提供一種熱泵式空調(diào)器，即使使用由兩種以上的致冷劑混合物組成的非共沸致冷劑取代HCFC22，當(dāng)外界空氣溫度低時(shí)，加熱能力也不降低。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種熱泵式空調(diào)器，它包括內(nèi)換熱器、外換熱器、壓縮機(jī)、四通閥及膨脹機(jī)構(gòu)一套致冷循環(huán)系統(tǒng)，其中由不少于兩種致冷劑組成的非共沸致冷劑被用作工作介質(zhì);
其中各內(nèi)、外換熱器中的致冷通路被分成位于液相致冷劑比例大的區(qū)域的第一組致冷管道及位于液相致冷劑比例小的區(qū)域的第二組致冷管道;
各內(nèi)、外換熱器的至少部分第一組致冷管道位于向風(fēng)的一側(cè);
各內(nèi)、外換熱器的第一組致冷管道的傳熱管其流動(dòng)管道截面面積小于相應(yīng)的第二組致冷管道截面面積;以及外換熱器的第一組致冷管道的傳熱管數(shù)目對(duì)外換熱器的傳熱管總數(shù)之比大于內(nèi)換熱器的第一組致冷管道的傳熱管數(shù)目對(duì)內(nèi)換熱器的傳熱管總數(shù)之比。
例如，各內(nèi)、外換熱的第一組致冷管道的傳熱管的流動(dòng)管道的截面面積是相應(yīng)的第二組致冷管道傳熱管截面面積的1/2左右。
外換熱器第一組致冷管道的傳熱管數(shù)目與外換熱器傳熱管總數(shù)之比最好為20～50%。內(nèi)換熱器第一組致冷管道的傳熱管數(shù)目與內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比最好是10～30%。
外換熱器第二組致冷管道具有兩路致冷回路，它們?cè)诎肼飞蠌南蝻L(fēng)側(cè)或背風(fēng)側(cè)變?yōu)楸筹L(fēng)側(cè)或向風(fēng)側(cè)。
在各內(nèi)、外換熱器至少部分第一組致冷管道的各傳熱管內(nèi)可設(shè)置渦流加速件。
在加熱過(guò)程中，在作為蒸發(fā)器的外換熱器中，該換熱器的進(jìn)口部的蒸發(fā)壓力隨位于向風(fēng)側(cè)第一致冷管道所產(chǎn)生的壓力下降而增高，因而該管內(nèi)的溫度變高，由于空氣和致冷劑間的溫差所致的積霜量可保持在低水平。再有，在作為冷凝器的內(nèi)換熱器中，在位于向風(fēng)側(cè)的第一致冷管道處達(dá)到了大的質(zhì)量流速(單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)單位面積的質(zhì)量)因而大大改善了低干燥區(qū)和次冷區(qū)管內(nèi)的熱傳導(dǎo)率，所以，大大改善了熱泵式空調(diào)器(使用非共沸混合致冷劑)在外界空氣溫度低時(shí)的加熱能力。
下面結(jié)合附圖僅以舉例方式說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在圖中
圖1是熱泵式空調(diào)器致冷循環(huán)示意圖;
圖2是致冷循環(huán)的TS圖;
圖3是用于本發(fā)明熱泵式空調(diào)器的外換熱器的側(cè)視圖;
圖4是用于本發(fā)明熱泵式空調(diào)器的內(nèi)換熱器的側(cè)視圖;
圖5是表示單一致冷劑的冷凝熱傳導(dǎo)率與非共沸混合致冷劑的冷凝熱傳導(dǎo)率相比較測(cè)試結(jié)果的曲線圖;
圖6是表示單一致冷劑的蒸發(fā)熱傳導(dǎo)率與非共沸混合致冷劑的蒸發(fā)熱傳導(dǎo)率相比較測(cè)試結(jié)果的曲線圖;
圖7a和7b是表示確定在加熱過(guò)程中第一致冷管道傳熱管數(shù)目與外換熱器傳熱管總數(shù)之比同換熱量間的關(guān)系以及該比值同管內(nèi)最低致冷劑溫度間的關(guān)系測(cè)試結(jié)果的曲線圖;
圖8是表示確定在加熱過(guò)程中第一致冷管道傳熱管道數(shù)目與外換熱器傳熱管總數(shù)之比同換熱量間的關(guān)系，當(dāng)最低致冷劑溫度保持在-2.5℃時(shí)測(cè)試結(jié)果的曲線圖;
圖9a和9b是表示確定在致冷過(guò)程中第一致冷管道傳熱管數(shù)目與內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比同換熱量間的關(guān)系以及該比值與致冷劑壓力損失(壓降)間的關(guān)系測(cè)試結(jié)果的曲線圈;
圖10a和10b是表示確定致冷過(guò)程中第一致冷管道傳熱管數(shù)目與內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比同換熱量間的關(guān)系以及在致冷過(guò)程中第一致冷管道傳熱管數(shù)目與外換熱器傳熱管總數(shù)間的關(guān)系測(cè)試結(jié)果的曲線圈;以及圖11是用于本發(fā)明的熱泵式空調(diào)器的改型外換熱器的側(cè)視圖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1～圖11描述本發(fā)明空調(diào)器的優(yōu)選實(shí)施例。
如圖1所示，本發(fā)明的空調(diào)器的致冷循環(huán)系統(tǒng)包括一臺(tái)致冷劑壓縮機(jī)1、一個(gè)四通閥2、一個(gè)外換熱器3、減壓閥4以及一個(gè)內(nèi)換熱器5，通過(guò)致冷管將這些部件連成一體，因而致冷劑可在這些部件內(nèi)流通。該致冷劑壓縮機(jī)1，例如，可用安在機(jī)殼內(nèi)的可調(diào)電動(dòng)機(jī)1a(例如直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī))驅(qū)動(dòng)。
在加熱過(guò)程中，致冷氣體沿虛線箭頭19所指方向流動(dòng)。具體地說(shuō)，從壓縮機(jī)1壓出的高溫高壓致冷氣體，經(jīng)四通閥2送進(jìn)作為冷凝器的內(nèi)換熱器5，靠?jī)?nèi)部電扇7吹來(lái)的空氣冷卻變?yōu)楦邏旱蜏刂吕鋭?。該致冷劑在減壓4絕熱膨脹，轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪旱蜏刂吕鋭?。該致冷劑再流到作為蒸發(fā)器的外換熱器3，與從外電扇6吹來(lái)的空氣進(jìn)行熱交換，被蒸發(fā)，然后經(jīng)四通閥2返回到壓縮機(jī)1，由該壓縮機(jī)再壓縮，然后進(jìn)行如上所述的循環(huán)。以此方式加熱的空氣在室內(nèi)輻射，使室內(nèi)變熱。
反之，在冷卻過(guò)程中，致冷氣體沿實(shí)線箭頭18所指方向流動(dòng)。具體地說(shuō)，從壓縮機(jī)1壓出的高溫高壓致冷氣體經(jīng)四通閥2送進(jìn)作為冷凝器的外換熱器3，由從外電扇6吹來(lái)的空氣冷卻，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱蜏乩鋮s介質(zhì)。該致冷劑經(jīng)減壓閥4被絕熱膨脹轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐蛪褐吕鋭?。該致冷劑再流入作為蒸發(fā)器的內(nèi)換熱器5，與從內(nèi)電扇7吹來(lái)的空氣進(jìn)行熱交換，被蒸發(fā)，然后經(jīng)四通閥2返回壓縮機(jī)1，由該壓縮機(jī)再次壓縮，然后做如上所述的循環(huán)。以此方式冷卻的空氣在室內(nèi)輻射，使室內(nèi)變冷。
在熱泵式空調(diào)器中，根據(jù)工作模式是加熱過(guò)程還是冷卻過(guò)程來(lái)轉(zhuǎn)換致冷劑在各內(nèi)、外換熱器內(nèi)部的流動(dòng)方向，內(nèi)、外換熱器交替地分別作為蒸發(fā)器和冷凝器。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3描述外換熱器的結(jié)構(gòu)。按預(yù)定間隔排列若干交錯(cuò)的傳熱片8，在每個(gè)傳熱片8內(nèi)形成容納傳熱管的一排沿其軸方向布置的圓孔，在兩排圓孔之間設(shè)置中央分開的狹縫80。傳熱管插入圓孔內(nèi)，并垂直地焊接在傳熱片8上。致冷劑在傳熱管內(nèi)流動(dòng)。標(biāo)號(hào)10代表連接傳熱管的彎頭，標(biāo)號(hào)11代表T形分流管。第一組致冷管道通過(guò)T形分流管與第二組致冷管道連接。箭頭20指示空氣流經(jīng)換熱器3的方向。
T形分流管11包括干管11a和支管11b，流入干管11a的致冷劑被支管11b分成兩路。與干管11a連接的一部分第一組致冷管道3a位于向風(fēng)側(cè)。構(gòu)成致冷管道3a的傳熱管的截面面積是構(gòu)成第二組致冷管道3b的傳熱管截面面積的一半(1/2)。在圖中，雖然顯出第一組致冷管道3a與第二組致冷管道具有相同的截面面積，那僅僅是為了圖示清楚，實(shí)際上，兩組管道的截面面積是不同的。對(duì)這種布局而言，第一組致冷管道3a的流動(dòng)阻力大于第二組致冷管道3b的流阻，靠調(diào)節(jié)內(nèi)換熱器第一組致冷管道3a傳熱管所占比例來(lái)增加致冷劑的流動(dòng)阻力，可增高該換熱器進(jìn)口部的蒸發(fā)溫度。這樣便可抑制積霜現(xiàn)象?？紤]到通過(guò)靠增加壓力損失來(lái)增高蒸發(fā)溫度，并靠增高蒸發(fā)溫度而降低換熱量來(lái)抑制積霜現(xiàn)象的效果，最好將構(gòu)成第一致冷管道3a的設(shè)置在向風(fēng)側(cè)的傳熱管的占有率設(shè)定在40%左右。
構(gòu)成第二組致冷管3b的兩路致冷回路被呈X形式設(shè)置在半路上的彎管12a和12b將位置從向風(fēng)側(cè)調(diào)換到背風(fēng)側(cè)，反之亦然。對(duì)這種布局，兩路致冷回路的熱負(fù)荷是相互平衡的。
在說(shuō)明的實(shí)施例中，雖然只在一處，即在外換熱器3的下半部，設(shè)置了第一組致冷管道3a，第一致冷管道也可被分開，設(shè)置在外換熱器的多處，如圖11所示，在此情況下，也可獲得類似的效果。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4描述內(nèi)換熱器5的結(jié)構(gòu)。在圖4中，與圖3相同的標(biāo)號(hào)各自代表相同的部件、并略掉解釋。一個(gè)分配致冷劑的T形分流管一般設(shè)置在換熱器5的中部、位于向風(fēng)側(cè)的第一組致冷管道5a通過(guò)T形分流管11連到由兩路獨(dú)立的(上、下)致冷回路構(gòu)成的第二組致冷管5b。箭頭21指示空氣流向換熱器5的方向。
普通的內(nèi)換熱器的傳熱管的直徑比外換熱器的傳熱管直徑窄小，若增加內(nèi)換熱管第一組致冷管道5a(截面面積較小)的傳熱管的占有比，與外換熱器傳熱管相比較，壓力損力大增，在這種內(nèi)換熱器的傳熱管上不會(huì)積霜。所以，考慮到如后文所述的內(nèi)換熱器也起蒸發(fā)器的作用，確定內(nèi)換熱器第一組致冷管道的占有率應(yīng)小于外換熱器的第一組致冷管道的占有率。
亦即，在本實(shí)施例中，第一組致冷管道放在向風(fēng)側(cè)，此處的氣流和致冷劑的溫差比背風(fēng)側(cè)的溫差大數(shù)倍，因而即使靠增大壓力損失來(lái)增加蒸發(fā)溫度，也可在一定程度上確保熱交換所必需的空氣與管內(nèi)致冷劑間的溫差。然而，當(dāng)壓力損失變得過(guò)分時(shí)，蒸發(fā)溫度引起溫差減小，以致抵消了借助加快質(zhì)量流速來(lái)改善熱傳導(dǎo)率效果。所以，在內(nèi)換熱器中的設(shè)在向風(fēng)側(cè)的第一組致冷管道傳熱管的占有率設(shè)定為比外換熱器中的低，具體地說(shuō)設(shè)定為20%左右。
在內(nèi)換熱器5和外換熱器3中，只需至少部分和全部第一組致冷管道設(shè)在向風(fēng)側(cè)，就本實(shí)施例而論，尚且令人滿意，對(duì)第一組和第二組致冷管道的通路數(shù)目以及通路和結(jié)構(gòu)均可適當(dāng)改變，在這種情況下，可獲得與本實(shí)施例類似的效果。
致冷劑在致冷循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的溫度按圖2所示變化。在圖2中，假定冷卻能力與加熱能力處于同一水平，縱軸代表致冷劑的溫度T，橫軸代表致冷劑的熵S。在圖2中，Tc代表冷凝器內(nèi)致冷劑冷凝溫度，Te代表蒸發(fā)器內(nèi)致冷劑蒸發(fā)溫度，A、B分別代表冷凝器進(jìn)口和出口，C、D分別代表蒸發(fā)器的進(jìn)口和出口。SHc和SC分別代表在冷凝器進(jìn)口(和出口)致冷劑過(guò)熱度和過(guò)冷度。SHe代表蒸發(fā)器出口致冷劑的過(guò)熱程度。在圖2中，虛線和點(diǎn)劃線指示在使用常規(guī)換熱器的空調(diào)器的條件下的變化。虛線指示使用單一致冷劑HCFC22的情況下的溫度變化，點(diǎn)劃線指示使用非共沸混合致冷劑情況下的溫度變化。實(shí)線指出在使用非共沸混合致冷劑本實(shí)施例空調(diào)器條件下的變化。
由圖2可見，在使用非共沸混合致冷劑的常規(guī)空調(diào)器中，從蒸發(fā)器出口到進(jìn)口蒸發(fā)溫度是線性下降的，而最低點(diǎn)在進(jìn)口部，然而在本實(shí)施例的空調(diào)器中，進(jìn)口部蒸發(fā)溫度的降低卻受到抑制。
現(xiàn)在將解釋換熱器為什么按上述構(gòu)成之原因。已進(jìn)行對(duì)非共沸混合致冷劑傳熱特性的測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它的傳熱特性與常規(guī)單一致冷劑存在下列差異。
通過(guò)改變致冷劑質(zhì)量流速所得到的非共沸混合致冷劑冷凝熱傳導(dǎo)率之結(jié)果表示在圖5。這里將HFC32和HFC134a按30∶70的質(zhì)量比混合。此混合物被用作非共沸混合致冷劑。為了比較，所用的單質(zhì)致冷劑是通用的HFC32和HFC134a。參照測(cè)試結(jié)果，在普通管的情況下，單質(zhì)致冷劑HFC134a的冷凝熱傳導(dǎo)率一般隨質(zhì)量流速G的降低而降低，當(dāng)質(zhì)量流速為200kg/m2s以下時(shí)，趨于恒定，然而非共沸致冷劑的冷凝熱傳導(dǎo)率趨于線性下降。
在管內(nèi)表面形成有螺旋凹槽的紋槽管的情況下，不管單質(zhì)致冷劑HFC32和HFC134a的質(zhì)量流速如何，其冷凝熱傳導(dǎo)率一般為常數(shù)，然而，非共沸混合致冷劑的冷凝熱傳導(dǎo)率卻隨質(zhì)量流速的降低而大大下降。
所觀測(cè)到的非共沸混合致冷劑所固有的這種傳熱特性與蒸發(fā)熱傳導(dǎo)率相同。圖6表示改變致冷劑質(zhì)量流速所得到的非共沸致冷劑的蒸發(fā)熱傳導(dǎo)率。在此次測(cè)試中，HFC32、HFC125及HFC134a是按20∶10∶70的質(zhì)量比混合的，用此種混合物作非共沸混合致冷劑。為了比較，所用的單質(zhì)致冷劑是通用的HFC22。
從圖6測(cè)試結(jié)果可知，在圖6所示測(cè)試范圍內(nèi)，可以看出，單質(zhì)致冷劑HFC22與非共沸混合致冷劑的蒸發(fā)熱傳導(dǎo)率對(duì)質(zhì)量流速G的變化趨勢(shì)上有明顯的區(qū)別。具體說(shuō)來(lái)，在HCFC22的情況下，質(zhì)量流速梯度同冷凝熱傳導(dǎo)率一樣平緩，然而在由三種致冷劑混合物組成的非共沸混合致冷劑情況下，其梯度趨于線性下降。質(zhì)量流速的這種陡梯度表明，在很大的質(zhì)量流速范圍內(nèi)可獲得等價(jià)于常規(guī)致冷劑HCF22的熱傳導(dǎo)率。
如上所述，從非共沸混合致冷劑的傳熱特性發(fā)現(xiàn)下列事實(shí)。即，在非共沸致冷劑的情況下，當(dāng)試圖像常規(guī)單質(zhì)致冷劑那樣，靠降低壓力損失來(lái)增大熱交換系數(shù)時(shí)，熱傳導(dǎo)率將隨質(zhì)量流速的下降而大大減小。所以，當(dāng)將共沸混合致冷劑用于常規(guī)結(jié)構(gòu)換熱器中時(shí)，熱交換系數(shù)大大減小。從另一方面來(lái)說(shuō)，在本實(shí)施例空調(diào)器的熱交換中，這樣設(shè)計(jì)管道(通路)結(jié)構(gòu)，以使在熱交換系數(shù)不受增大壓力損失的負(fù)面影響的范圍內(nèi)，將質(zhì)量流速設(shè)定在高水平。所以，通過(guò)使用非共沸混合致冷劑可大大增加熱交換系數(shù)。
在本發(fā)明的空調(diào)器中，用非共沸混合致冷劑進(jìn)行確定換熱器的恰當(dāng)?shù)墓艿澜Y(jié)構(gòu)的測(cè)試，現(xiàn)在參照?qǐng)D7～圖10描述測(cè)試結(jié)果。
圖7和圖8表示在加熱過(guò)程中，外換熱器的效能，圖7表示當(dāng)改變外換熱器第一組致冷管道的占有比時(shí)所得的熱交換量的變化及管內(nèi)的最低致冷溫度。從這些結(jié)果可知，當(dāng)外換熱器第一組致冷管道傳熱管的占有比增加時(shí)，管內(nèi)的最低溫度上升，熱交換量基本恒定，當(dāng)?shù)谝唤M致冷管道的占有比超過(guò)50%時(shí)，熱交換量突然下降。從這些結(jié)果來(lái)看，圖8表示當(dāng)管內(nèi)最低致冷溫度保持恒定時(shí)所得到的熱交換量。
這里所示的熱交換量是將最低致冷溫度設(shè)定在-2.5℃時(shí)所得到的，因而未出現(xiàn)積霜。從圖8可知，當(dāng)保持管內(nèi)最低致冷溫度恒定時(shí)所得到的熱交換量，當(dāng)外換熱器第一組致冷管道傳熱管的占有比為20～40%時(shí)顯著增加，當(dāng)該占有比超過(guò)40%時(shí)，熱交換量逐漸降低。由圖7和圖8所示結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，在外換熱器中，第一組致冷管道傳熱管的占有比優(yōu)選設(shè)定在20～50%。
圖9表示當(dāng)改變內(nèi)換熱器第一組致冷管道傳熱管的占有比時(shí)，確定致冷劑的熱交換量及壓力損失的測(cè)試結(jié)果、內(nèi)換熱器傳熱管的直徑小于外換熱器傳熱管的直徑，因而發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝唤M致冷管道傳熱管的占有比超過(guò)30%時(shí)，壓力損失隨第一組致冷管道傳熱管的占有比的增大而增加，熱交換量的下降程度變得明顯。從這些結(jié)果以及在加熱過(guò)程中內(nèi)換器的效能(后文介紹)已發(fā)現(xiàn)，內(nèi)換熱器第一致冷管道傳熱管的占有比應(yīng)優(yōu)選設(shè)定在10～30%。
圖10表示當(dāng)以內(nèi)或外換熱器作為冷凝器，改變第一組致冷管道傳熱管的占有比時(shí)所得到的熱交換量。在內(nèi)或外換熱器中，雖然熱交換量隨第一致冷管道傳熱管的占有比的增加而得以改善，但改善過(guò)程在中途變得平緩，還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傳熱管的占有比超過(guò)大約10%時(shí)，內(nèi)換熱器的改善程度變得平緩，當(dāng)傳熱管占有比超過(guò)大約20%時(shí)，外換熱器的改善程度變得平緩。其原因是傳熱管的占有比超過(guò)上述值時(shí)，冷凝器出口部的液相致冷劑總是保持在位于向風(fēng)側(cè)的大質(zhì)量流速管道部位。
從上可發(fā)現(xiàn)下列各點(diǎn)。
即，使用非共沸混合致冷劑的本發(fā)明空調(diào)器換熱器的管道結(jié)構(gòu)之特征在于，換熱器包括至少第一致冷管道和第二致冷管道(小質(zhì)量流速管道)，部分或全部第一組致冷管道設(shè)置在向風(fēng)側(cè)，并確定外換熱器第一致冷管道傳熱管的占有比應(yīng)大于內(nèi)換熱器傳熱管的占有比(最好將內(nèi)換熱器的占有比設(shè)定在10～30%，而將外換熱器的占有比設(shè)定在20～50%)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1～圖4描述具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施例空調(diào)器的動(dòng)作。
首先涉及加熱過(guò)程中的動(dòng)作。從壓縮機(jī)1壓出的高溫高壓氣體致冷劑19經(jīng)進(jìn)口管14流入內(nèi)換熱器5的第二組致冷管道5b。流入第二組致冷管道(小質(zhì)量流速管道)的非共沸混合致冷劑與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，從高沸點(diǎn)致冷劑到低沸點(diǎn)致冷劑依次進(jìn)行冷凝，因而增加了液相致冷劑成分的比例，然后致冷劑流到T形致冷分流管11。經(jīng)T形致冷劑分流器11使致冷劑流匯合一起，然后流入第一組致冷管道5a的致冷劑進(jìn)一步冷卻、全部冷凝，并從出口管13作為過(guò)冷致冷劑排出。所以在第一組致冷管道5a內(nèi)，靠質(zhì)量流速的增加來(lái)改善熱傳導(dǎo)率，但由于管內(nèi)致冷劑的流速因氣相致冷劑比例低而保持低速，可抑制壓力損失的增大。
由內(nèi)換熱器5放出的液態(tài)致冷劑通過(guò)減壓閥4膨脹，轉(zhuǎn)變?yōu)殪F狀的低溫低壓的二相(氣-液相)致冷劑，經(jīng)設(shè)置在外換熱器下部的致冷進(jìn)口管16流入第一組致冷管道3a。二相(氣-液相)致冷劑在第一組致冷管道3a內(nèi)被空氣加熱，低沸點(diǎn)的致冷劑成分首先蒸發(fā)，進(jìn)一步被加熱，高沸點(diǎn)致冷劑成分蒸發(fā)，因此使氣相致冷劑的比例增加，致冷劑再流到致冷分流管11。然后，致冷劑被T形致冷劑分流管11分開或分支流入由第二組致冷管道3b構(gòu)成的兩路致冷回路，進(jìn)一步加熱全部轉(zhuǎn)換成氣相致冷劑。因而與內(nèi)換熱器5的情況相同，在第一組致冷管道3a，靠質(zhì)量流速的增加而改善熱傳導(dǎo)率，但是由于管內(nèi)致冷劑流速因氣相致冷劑比例低而保持低速，可抑制壓力損失的極度增大。
由于外換熱器3作為蒸發(fā)器，設(shè)有第一組致冷管道3a，與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，致冷通路內(nèi)的壓力損失較大。所以，蒸發(fā)器進(jìn)口的壓力增加，蒸發(fā)溫度也變高，以致抵消了蒸發(fā)溫度沿致冷劑流動(dòng)方向的增加。結(jié)果，如圖2實(shí)線所表明，在外換熱器進(jìn)口部(c)的致冷劑蒸發(fā)溫度比常規(guī)結(jié)構(gòu)高△T，因而可抑制積霜。
在冷卻過(guò)程中，反轉(zhuǎn)四通閥2的方向，使致冷劑的流向與圖1所示的加熱過(guò)程相反，以內(nèi)換熱器5起蒸發(fā)器作用，外換熱器起冷凝器作用。在冷卻過(guò)程情況下，從壓縮機(jī)1壓出的高溫高壓氣態(tài)致冷劑經(jīng)進(jìn)口管17流入外換熱器3。已流入外換熱器3的非共沸混合致冷劑中的高沸點(diǎn)致冷劑首先開始冷凝，隨著冷凝的進(jìn)行，低沸點(diǎn)致冷劑冷凝比例增加，最后致冷劑被冷卻到由混合比確定的液相溫度，全部冷凝。
當(dāng)外換熱器(冷凝器)內(nèi)液態(tài)致冷劑的比例增大時(shí)，管內(nèi)流速變低，熱傳導(dǎo)率也降低;然而，在本實(shí)施例的外換熱器3內(nèi)，截面面積小的第一組致冷管道被設(shè)置在向風(fēng)側(cè)，所以可以通過(guò)質(zhì)量流速的提高來(lái)防止熱傳導(dǎo)率的下降。
該冷凝的、液化的致冷劑通過(guò)減壓閥4后膨脹，轉(zhuǎn)變?yōu)殪F態(tài)低溫低壓的二相(氣-液相)致冷劑，再流入作為蒸發(fā)器的內(nèi)換熱器5。該二相致冷劑，經(jīng)過(guò)設(shè)在內(nèi)換熱器5中部的致冷進(jìn)口管13流入第一組致冷管道5a，被空氣加熱，使低沸點(diǎn)致冷劑成分蒸發(fā)，增加氣相致冷劑比例，該致冷劑流到T形分流管11，同時(shí)增加氣相致冷劑成分的比例。然后，該致冷劑被T形分流管11分成兩路由第二組致冷管5b構(gòu)成的致冷回路，再進(jìn)一步被加熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嘀吕鋭?br>
所以，在第一組致冷管道中，靠質(zhì)量流速的增加來(lái)改善熱傳導(dǎo)率，但由于管內(nèi)致冷劑的流速因氣相致冷劑的比例低而保持低速，可以抑制壓力損失的增加，并維持效能。
如上所述，在冷卻過(guò)程中作為冷凝器的外換熱器3的效能靠第一組致冷管道3a的構(gòu)造所達(dá)到的效果而大大增強(qiáng)，因而改善了冷卻能力。此外，因蒸發(fā)器進(jìn)口溫度上升，使在蒸發(fā)器進(jìn)口與出口(C和D)之間的蒸發(fā)溫度基本是恒定的。因而使冷卻過(guò)程中放出的空氣溫度分布均勻，不會(huì)遇到在內(nèi)單元送風(fēng)柵網(wǎng)上出現(xiàn)冷凝和水滴飛濺等問(wèn)題。
本發(fā)明中，因第一組致冷管道內(nèi)氣相致冷劑比例小，可將管內(nèi)致冷劑流速保持在低水平，因而通過(guò)在管內(nèi)設(shè)置渦流加速件，如絞合帶進(jìn)一步增強(qiáng)效能。
如上所述，在本發(fā)明的空調(diào)器中，各換熱器的致冷通路包括在氣相致冷劑比例小的區(qū)域設(shè)置的第一組致冷管道及在氣相致冷劑比例大的區(qū)域設(shè)置的第二組致冷管道(低質(zhì)量流速管道)，以及部分或全部第一組致冷管道設(shè)置在向風(fēng)側(cè)，而且第一致冷管道傳熱管的數(shù)目與傳熱管總數(shù)之比在外換熱器的比在內(nèi)換熱器的大。所以，在第一組致冷管道中，借助增大質(zhì)量流速來(lái)改善熱傳導(dǎo)率，但是因氣相致冷劑的比率小而使管內(nèi)致冷劑流速保持低速，抑制壓力損失的劇增，因而顯著地增強(qiáng)了空調(diào)器的效能。
再有，外換熱器設(shè)有第一組致冷管道，因而致冷管道內(nèi)壓力損失大于常規(guī)結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓力損失，使蒸發(fā)器進(jìn)口的壓力增加，蒸發(fā)溫度變高。所以，抵消了蒸發(fā)溫度沿致冷劑的流向的上升。結(jié)果，外換熱器進(jìn)口的致冷劑溫度導(dǎo)致抑制積霜，因此，當(dāng)外界空氣溫度低時(shí)，可獲得顯著改善加熱能力的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種熱泵式空調(diào)器，包括一套含有一個(gè)內(nèi)換熱器、一個(gè)外換熱器、一臺(tái)壓縮機(jī)、一個(gè)四通閥以及一個(gè)膨脹機(jī)構(gòu)的致冷循環(huán)系統(tǒng)，其中使用由不少于兩種致冷劑組成的非共沸混合致冷劑作為工作介質(zhì)；其中的各個(gè)所說(shuō)的內(nèi)、外換熱器中的致冷通路被分成設(shè)置在液相致冷劑比例大的區(qū)域的第一組致冷管道及設(shè)置在液相致冷劑比例小的區(qū)域的第二組致冷管道；至少各所說(shuō)的內(nèi)、外換熱器的一部分第一組致冷管道被設(shè)置在向風(fēng)側(cè)；各所說(shuō)的風(fēng)、外換熱器第一組致冷管道傳熱管的流動(dòng)管道的截面面積小于相應(yīng)的第二組致冷管道傳熱管的流動(dòng)管道的截面面積；以及所說(shuō)的外換熱器第一組致冷管道傳熱管的數(shù)目與的說(shuō)的外換熱器傳熱管總數(shù)之比大于所說(shuō)的內(nèi)換熱器第一組致冷管道的數(shù)目與所說(shuō)的內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1的空調(diào)器，其中各所說(shuō)的內(nèi)、外換熱器第一組致冷管道的傳熱管的流動(dòng)管道截面面積大約是相應(yīng)的第二組致冷管道傳熱管流動(dòng)管道截面面積的1/2。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2的空調(diào)器，其中所說(shuō)的外換熱器第一組致冷管道傳熱管的數(shù)目與所說(shuō)的外換熱器傳熱管總數(shù)之比是20～50%。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求2的空調(diào)器，其中所說(shuō)的內(nèi)換熱器第一組致冷管道傳熱管的數(shù)目與所說(shuō)的內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比是10～30%。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求3的空調(diào)器，其中所說(shuō)的內(nèi)換熱器第一組致冷管道傳熱管的數(shù)目與所說(shuō)的內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比是10～30%。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1的空調(diào)器，其中所說(shuō)的外換熱器第二組致冷管道具有在半路從向風(fēng)側(cè)或背風(fēng)側(cè)改變?yōu)楸筹L(fēng)側(cè)或向風(fēng)側(cè)的兩路致冷回路。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1的空調(diào)器，其中在所說(shuō)的內(nèi)、外換熱器的至少部分第一組致冷管道的各傳熱管內(nèi)設(shè)置一種渦流加速部件。
全文摘要
一種熱泵式空調(diào)器，包括含有內(nèi)、外換熱器、壓縮機(jī)、四通閥及膨脹機(jī)構(gòu)的致冷循環(huán)系統(tǒng)，使用非共沸混合致冷劑作工作介質(zhì)。各內(nèi)、外換熱器的致冷通路按液相致冷劑比例分成第一組和第二組致冷管道。至少一部分第一組致冷管道設(shè)置在向風(fēng)側(cè)，其傳熱管的流動(dòng)管道小于相應(yīng)第二組致冷管道的截面面積。外換熱器第一組傳熱管數(shù)目與外換熱器傳熱管總數(shù)之比大于內(nèi)換熱器第一組傳熱管數(shù)目與內(nèi)換熱器傳熱管總數(shù)之比。
文檔編號(hào)F24F1/00GK1103711SQ9411731
公開日1995年6月14日 申請(qǐng)日期1994年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月18日
發(fā)明者工藤光夫, 福島敏彥, 伊藤正昭, 內(nèi)田麻理, 松弘章, 小暮博志, 高久昭二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所